不同來源間充質(zhì)干細(xì)胞治療急性肺損傷的作用及機(jī)制研究＊

周雪媛 吳麗麗 姜麗霞 竺璐婕 周斌杰 周麗萍

（浙江中醫(yī)藥大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，浙江杭州 310053）

急性肺損傷（Acute Lung Injury，ALI）是存在于終末氣道、肺泡與肺間質(zhì)的炎癥，為臨床常見的危重病癥。病理表現(xiàn)為：中性粒細(xì)胞涌入肺組織，肺上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞屏障受損，肺毛細(xì)血管彌漫性損傷、通透性增強(qiáng)，肺內(nèi)促炎與抗炎因子失衡。發(fā)展至嚴(yán)重階段為急性呼吸窘迫綜合征，表現(xiàn)為炎癥引起的肺水腫、嚴(yán)重低氧血癥和進(jìn)行性呼吸衰竭等。

目前，臨床上對(duì)ALI的治療多為支持治療，如呼吸支持，體液管理等，但并無有效的針對(duì)性治療方法。利用保護(hù)性機(jī)械通氣與低潮氣量聯(lián)合是目前ALI的主要治療策略，該方法雖然一定程度上能改善呼吸困難，但會(huì)增加感染幾率及炎癥反應(yīng)。研究表明，即使在早期使用了肺保護(hù)通氣，ALI的死亡率仍超過40%。

間充質(zhì)干細(xì)胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）來源于中胚層，取材廣泛，具有自我復(fù)制和多向分化潛能，為組織修復(fù)提供了豐富的細(xì)胞來源。其中，MSCs在特定條件下分化為有功能的肺泡細(xì)胞，抑制肺損傷的進(jìn)一步發(fā)展，促進(jìn)損傷肺組織的修復(fù)，對(duì)ALI的治療具有重要意義。本文就不同來源的MSCs：骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）、臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（UCMSCs）、人羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞（hAMSCs）、脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞（ADMSCs）、人胎盤間充質(zhì)干細(xì)胞（hPMSCs）、經(jīng)血來源的間充質(zhì)干細(xì)胞（MenSCs）在ALI治療中的作用，以及MSCs治療ALI的作用機(jī)制作一綜述。

1 不同來源的MSCs對(duì)ALI的治療作用

1.1 BMSCs對(duì)ALI的治療作用

從骨髓中分離的MSCs具有易提取、易體外培養(yǎng)、多向分化潛能、免疫調(diào)節(jié)、造血支持等特性，且因主要組織相容性復(fù)合體（MHC）MHC II蛋白、MHC I蛋白表達(dá)低，故其免疫原性低，移植后機(jī)體不會(huì)發(fā)生排斥反應(yīng)。與其他來源MSCs相比，BMSCs分泌的營(yíng)養(yǎng)因子更高。研究表明，BMSCs能直接修復(fù)受損組織，并具有抗炎抗氧化的能力，能促進(jìn)細(xì)菌清除，改善肺水腫及降低肺內(nèi)皮的滲透性，這對(duì)促進(jìn)ALI恢復(fù)具有重要臨床意義。目前，BMSCs的應(yīng)用最為廣泛及成熟，但隨著深入研究，發(fā)現(xiàn)BMSCs需要依靠有創(chuàng)的骨髓穿刺獲得，同時(shí)BMSCs的數(shù)量、細(xì)胞增殖和分化能力也會(huì)隨著供者年齡的增加而降低，這很大程度的限制了BMSCs在實(shí)際臨床治療中的推進(jìn)。

1.2 UCMSCs對(duì)ALI的治療作用

近年來研究發(fā)現(xiàn)，UCMSCs是目前除胚胎干細(xì)胞之外分化潛能最高的MSCs之一，其安全性己經(jīng)得到證實(shí)，且獲取時(shí)無需有創(chuàng)操作，細(xì)胞生命力旺盛，增殖能力強(qiáng)，具有免疫調(diào)節(jié)能力，在創(chuàng)傷修復(fù)、免疫治療等研究領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。其可通過減輕炎癥損害而改善肺通氣功能，為ALI的治療帶來提供了新的思路。然而，UCMSCs由于分離方法困難，操作復(fù)雜，尤其是獲取機(jī)會(huì)較少，需要在嬰兒出生時(shí)即進(jìn)行準(zhǔn)備等，也限制了其在臨床上的應(yīng)用。

1.3 hAMSCs對(duì)ALI的治療作用

hAMSCs來源于胎盤羊膜組織的間質(zhì)層，細(xì)胞增殖能力強(qiáng)。人類羊膜組織是位于胎膜最內(nèi)層胎兒絨毛膜表面的一層無淋巴管及血管的光滑半透明薄膜，可在孕婦生產(chǎn)時(shí)獲取，利用不會(huì)對(duì)產(chǎn)婦和新生兒產(chǎn)生不利影響。人類羊膜組織為分娩后的廢棄物，可通過無創(chuàng)性操作獲得大量的標(biāo)本，符合倫理學(xué)要求。hAMSCs避免了胚胎干細(xì)胞應(yīng)用的倫理學(xué)爭(zhēng)議，為ALI等多種疾病的治療帶來了新希望。hAMSCs具有低免疫原性，而且具有比BMSCs更低的免疫原性，為其通過移植治療ALI奠定了基礎(chǔ)。

1.4 ADMSCs對(duì)ALI的治療作用

ADMSCs可從抽脂術(shù)產(chǎn)生的醫(yī)療廢棄脂肪組織中分離得到，也是MSCs的重要來源之一。在實(shí)驗(yàn)室能以侵入性較小的方法獲得300倍BMSCs數(shù)量的ADMSCs。因其具有取材容易、來源廣泛、不涉及倫理問題等優(yōu)點(diǎn)而深受研究者喜愛。ADMSCs可應(yīng)用于皮膚組織、肝臟組織、軟骨和骨組織等的再生，為很多疾病提供了治療方案，在修復(fù)、替換、維持或增強(qiáng)組織和器官的研究領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的醫(yī)學(xué)再生功能。

1.5 hPMSCs對(duì)ALI的治療作用

胎盤中存在MSCs，較其他來源的MSCs相比，其抗炎能力更強(qiáng)，在肺部炎性疾病的治療方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，而肺部強(qiáng)烈炎癥反應(yīng)破壞肺泡-毛細(xì)血管屏障導(dǎo)致肺水腫是引起ALI頑固性低氧血癥的主要原因。

1.6 MenSCs對(duì)ALI的治療作用

MenSCs是一種從女性經(jīng)血中分離獲得的新型間充質(zhì)干細(xì)胞，具有取材簡(jiǎn)便、易得，安全無毒副作用等優(yōu)勢(shì)。較其他來源的MSCs來說，MenSCs沒有倫理及創(chuàng)傷方面的困擾，且能不斷地規(guī)律地從相同的供體定期收集并確保獲得遺傳背景相同的MSCs。MenSCs作為一種新興的細(xì)胞正受到廣泛的關(guān)注，Alcayaga-Miranda等指出，MenSCs在肝損傷、肺纖維化等多種疾病中對(duì)損傷部位均表現(xiàn)出明顯的趨向性特點(diǎn)，聯(lián)合對(duì)癥治療措施可提高治療效果，改善患者預(yù)后和提高其生存質(zhì)量。

2 MSCs治療ALI的作用機(jī)制

2.1 MSCs 的歸巢和定植

在ALI過程中，損傷部位的炎癥反應(yīng)促進(jìn)干細(xì)胞歸巢，一方面炎癥反應(yīng)使血管變窄、血流速度發(fā)生變化，促進(jìn)MSCs向損傷部位遷移；另一方面，損傷組織和炎性細(xì)胞釋放的炎癥因子和趨化因子可誘導(dǎo)MSCs增殖，促進(jìn)內(nèi)外源性MSCs主動(dòng)向損傷部位遷移。鄭凱等通過移植BMSCs，觀察其對(duì)急性放射性肺損傷大鼠的治療效果，發(fā)現(xiàn)BMSCs可以遷移至放射性損傷的肺組織，從而促進(jìn)放射性肺損傷組織的修復(fù)。

2.2 MSCs的抗炎作用

孫合圣等發(fā)現(xiàn)外源性MSCs可向受損肺臟遷移，發(fā)揮抗炎作用，并且其作用強(qiáng)度與MSCs的劑量相關(guān)。高新星等利用霧化吸入脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）制備ALI模型，LPS可刺激炎性細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α，損傷肺血管內(nèi)細(xì)胞和肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞（alveolar type II epithelial cells，AECⅡ）。此外，IL-1β主要由中性粒細(xì)胞及單核巨噬細(xì)胞產(chǎn)生，不僅能對(duì)機(jī)體產(chǎn)生毒性，還可增強(qiáng)組織細(xì)胞對(duì)TNF-α的敏感性。通過移植BMSCs可在一定程度上降低IL-1β和TNF-α水平，抑制ALI肺組織的炎癥反應(yīng)而減輕LPS對(duì)AECⅡ的損傷并促進(jìn)肺組織損傷的修復(fù)。

2.3 MSCs 的旁分泌作用

MSCs的旁分泌作用對(duì)抗肺纖維化具有重要作用。Cargnoni等僅通過輸注培養(yǎng)hAMSCs的上清液來治療博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化，不需移植hAMSCs卻同樣具有治療作用，表明干細(xì)胞旁分泌免疫調(diào)節(jié)作用可減輕肺損傷。同時(shí)，有研究通過條件培養(yǎng)基治療實(shí)驗(yàn)證實(shí)UCMSCs治療ALI的主要機(jī)制是旁分泌功能，其旁分泌因子前列腺素E2發(fā)揮了重要作用。

有研究發(fā)現(xiàn)，輸入外源性BMSCs能在 ALI 肺損傷部位旁分泌角質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)因子（keratinocyte growth factor，KGF）和肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子，穩(wěn)定毛細(xì)血管內(nèi)皮和肺泡上皮的膜穩(wěn)定性，抗細(xì)胞凋亡和保護(hù)肺組織，促進(jìn)肺損傷的修復(fù)。KGF是負(fù)責(zé)維持內(nèi)皮屏障穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵介質(zhì)，研究表明BMSCs分泌的KGF能改善內(nèi)毒素誘導(dǎo)的離體人肺急性呼吸窘迫綜合征模型的肺泡液體清除率。以上結(jié)果表明，BMSCs移植后，通過其旁分泌作用，增強(qiáng)肺泡對(duì)液體的清除能力，清除肺泡內(nèi)集聚的液體，有效改善肺水腫，降低肺損傷，因此對(duì)促進(jìn)ALI恢復(fù)具有重要的臨床意義。

2.4 MSCs 的免疫調(diào)控作用

研究已證實(shí)，MSCs不僅可逃逸免疫監(jiān)視，還能在體內(nèi)、外發(fā)揮強(qiáng)大的免疫調(diào)節(jié)作用，能抑制B細(xì)胞、T細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等免疫細(xì)胞。劉婷等將PMSCs與ALI患者的外周血淋巴細(xì)胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)PMSCs能抑制ALI患者淋巴細(xì)胞的增殖與炎性因子IFN-γ的表達(dá)，并促進(jìn)抗炎因子IL-10的表達(dá)。進(jìn)一步流氏細(xì)胞術(shù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，PMSCs的存在明顯下調(diào)了CD4+T淋巴細(xì)胞和CD8+T淋巴細(xì)胞的比例，說明PMSCs可在一定范圍內(nèi)抑制ALI患者淋巴細(xì)胞的免疫反應(yīng)，為其在臨床治療ALI等炎性疾病提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

3 展望

MSCs具有多向分化、遷移歸巢、抗炎及免疫調(diào)控等特性，給ALI的治療帶來了新的希望。然而，目前關(guān)于MSCs修復(fù)ALI的研究多數(shù)集中在基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)階段，隨著研究的不斷深入，相信這些問題很快會(huì)得到解決。總之，MSCs移植在治療ALI方面有廣闊的臨床應(yīng)用前景。